Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Nanobiokatalizatory – nowe horyzonty dla przemysłu
Nanobiokatalizatory – nowe horyzonty dla przemysłu
Enzymy są uniwersalnymi biokatalizatorami w skali nano, używanymi w wielu gałęziach przemysłu, między innymi w biokatalizie i bioremediacji. Nanobiokatalizatory magnetyczne to enzymy immobilizowane na stałym podłożu stanowiące ekologiczną, tańszą i stabilniejszą alternatywę w przebiegu niektórych procesów przemysłowych.

W walce o przyjazne środowisko

Jednym z największych wyzwań, przed którymi staje współcześnie przemysł, jest dążenie do procesów bardziej ekologicznych, przyjaznych środowisku. Wszelkie innowacje nakierowane są na minimalizację czy całkowitą eliminację powstających zanieczyszczeń i rezygnację z użycia toksycznych i niebezpiecznych surowców. Biokataliza pod tym względem przejawia wiele zalet, gdyż generuje dużo mniej zanieczyszczeń w porównaniu do rozwiązań konwencjonalnych, jest dużo efektywniejsza energetycznie, a produkty cechują się wyższym stopniem oczyszczenia.

Enzymy to uniwersalne biokatalizatory w skali nano, używane w wielu gałęziach przemysłu, między innymi w biokatalizie przemysłowej i bioremediacji. Użycie enzymów w formie rozpuszczalnej pozostaje często kosztownym rozwiązaniem, dodatkowo niekorzystnym przez niestabilność i trudności w odzyskiwaniu materiałów i przywróceniu im wartości użytkowej. Wszystkich tych wad da się uniknąć poprzez immobilizację enzymów do stałych nośników. W ten sposób zwiększa się stabilność operacyjną cząsteczek, a także zapobiega się ewentualnej utracie niezbędnych właściwości podczas przechowywania. Immobilizacja ochrania również enzymy przed denaturacją cieplną, autolizą i niszczącym działaniem rozpuszczalników organicznych. Ponadto, możliwość ponownego użycia enzymów w kolejnych cyklach katalitycznych znacząco obniża koszty biokatalizatora. Przywracanie własności użytkowych enzymom w formie rozpuszczalnej zaś ekonomicznie jest nieopłacalne.

Postęp w skali nano

Ostatnie postępy nanotechnologii zapewniają dostęp do zróżnicowanych nanomateriałów, a immobilizacja enzymów do trwałych podłoży w ostatnich czasach zyskała na popularności. Największą uwagę zwrócono na magnetyczne nanocząsteczki (magnetic nanoparticles, MNP) zbudowane z tlenku żelaza i stanowiące nowoczesne nośniki immobilizujące enzymy. To wyróżnienie zawdzięczają swym unikatowym właściwościom – kontrolowalny rozmiar cząsteczki, jej duża i modyfikowalna powierzchnia oraz łatwy odzysk dzięki zastosowaniu pola magnetycznego.

Materiały magnetyczne w znaczny sposób ułatwiają separację, pozwalając na wykorzystanie magnesu w szybkim i efektywnym oddzieleniu unieruchomionego enzymu od produktu. Jednocześnie gwarantuje to możliwość ponownego użycia białka i przyczynia się do zachowania stabilności w przeciwieństwie do tradycyjnych matryc. W ich przypadku bowiem wirowanie i filtracja to jedyna opcja oddzielenia katalizatora od produktu. Takie operacje często prowadzą do spadku stabilności enzymu wskutek powstających zaburzeń w wyniku mechanicznego mieszania. Niskie koszty obróbki nanocząsteczek magnetycznych ukazują je jako ekonomiczna i interesująca alternatywa.

Według opisu procedury eksperymentu przeprowadzonego przez dr Carmen Lopez z Uniwersytetu Kraju Basków, nanocząsteczki z magnetytu (Fe3O4) uzyskuje się poprzez koprecypitację soli żelaza w środowisku zasadowym. Czarno zabarwiony precypitat oddziela się od fazy ciekłej za pomocą pola magnetycznego i przemywa buforem. Tak uzyskane MNP funkcjonalizuje się grupami aminowymi poprzez inkubację z 3 – aminotrietoksysilanem (APTS).

Proces immobilizacji przeprowadzono na dwa różne sposoby. Jednym z nich była immobilizacja kowalencyjna poprzez  sieciowanie białka CALB (lipaza B z Candida antarctica) na powierzchni ufunkcjonalizowanych MNP (MNP – CALB). Drugi sposób to kowalencyjne unieruchomienie sieciowanych agregatów enzymatycznych (CLEA – cross – linked enzyme aggregates), czyli utworzenie mCLEA – CALB. W obydwu przypadkach zastosowano aldehyd glutarowy jako reagent sieciujący. 

KOMENTARZE
Newsletter